从金属有机框架衍生物构建用于高性能甲苯传感器的Co3O4/Fe3O4异质结
2023/2/24 16:44:20 阅读：188 发布者：
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Construction of Co3O4/Fe3O4 heterojunctions from metal organic framework derivatives for high performance toluene sensor
从金属有机框架衍生物构建用于高性能甲苯传感器的Co3O4/Fe3O4异质结
文献来源:期刊：Sensors and Actuators: B. Chemical
作者：Hongyan Liu等
通讯作者：Guofeng Pan, Xueli Yang
机构：河北工业大学电子与信息工程学院；河北工业大学材料科学与工程学院；天津中德应用科学大学。
简介
作者采用溶剂热法结合液相金属有机骨架合成方法合成了均匀的Co3O4/Fe3O4纳米球。采用不同比例的Co3O4对Fe3O4进行功能化，提高了对甲苯的检测性能。在225◦C下对甲苯最大响应值为87，这是基于纯Fe3O4纳米球气体传感器的20倍。此外，与纯Fe3O4纳米球相比，Co3O4功能化后获得了更好的选择性和灵敏度。性能最好的气体传感器的响应/恢复时间为16/162秒，检测限降低到ppb水平。此外，该传感器具有良好的重复性和长期稳定性。详细分析了传感性能提高的机理，主要归因于p型Co3O4和n型Fe3O4界面处p-n异质结的构建，以及Co3O4的催化作用。
材料的合成
合成过程如图所示。
结果与讨论
采用了SEM、TEM、XPS、XRD等表征手段证实了材料的成功制备。XRD图像中Co3O4/Fe3O4样品没有发现Co3O4峰，这可能是由于材料中Co3O4浓度较低所致。此外，还可以看到没有与杂质有关的衍射峰，说明样品具有良好的结晶度和纯度。
气体传感器的最佳工作温度被确定为225℃，作者对气体传感器用100 ppm的各种干扰气体(丙酮、乙醇、甲醇、甲醛、甲苯和二甲苯)进行测试。结果表明，在所有测试的气体中，材料对甲苯的响应最强。这是因为材料中额外的氧空位通过电子亲和度提高了对甲苯气体的吸附。随着工作温度的升高，传感器在空气和目标气体中的电阻逐渐减小。相较于纯Fe3O4材料（38/305 s），响应/恢复时间缩短到了16/162s。材料对于不同浓度的甲苯有着较好的线性响应，和长期稳定性。
材料性能的提高源自于p-n异质结的形成和比表面积的提高。
结论
综上所述，作者利用ZIF-67衍生的Co3O4功能化Fe3O4构建了具有p-n异质结的多孔Co3O4/Fe3O4复合材料。通过表征和气敏实验发现，由ZIF-67生成的Co3O4比表面积比Fe3O4大得多，大大改善了气敏特性。在225◦C时，复合材料对甲苯的反应比纯Fe3O4大20倍。此外，该传感器具有较低的检测限(0.1 ppm, 1.68)，良好的选择性和长期稳定性。显著的改善主要是由于p-n异质结的构建、表面积的提高和OV的相对百分比的提高。
转自：“科研一席话”微信公众号
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